的變換，以方便 快速地進行星圖識別，將星圖識別速度提高了一個數(shù)量級。本發(fā)明將上述通過k矢量獲得 的備選星對與導航星域算法結(jié)合，將其中五組星對角距進行導航星域變換，再與一組星對 角距的查找表聯(lián)合比較，進行快速星圖識別，其步驟如下：
[0066] 假定導航星域為H，初始全為0,可建立5個導航星域：
[0067] Hi=H2=H3=H4=H5=zeros(1,N)
[0068] 其中函數(shù)zeros(1,N)為1行N列的全0數(shù)組，N為導航星總數(shù)。
[0069] 分別對應(yīng)導航星組合范圍為：
[0070] [Ι?3, ·1?3]，[Il4,Jl4]，[工23,J23]，[I24,J24]，[I33,J34]
[0071] 其中[Im，表示導航星m和η之間所有可能的組合。
[0072] 再分別建立氏~Η5對應(yīng)的空矩陣PΡ5用來存儲對應(yīng)于k矢量查找表導航星組 合之一進行導航星域變換時相對應(yīng)的另外一顆星，空矩陣Pi~P5稱為導航星域輔助表，初 始化為Pi=P2=P3=P4=P5=zeros(6,N) 〇
[0073] 將導航星組合作導航星域和導航星域輔助表的變換，得到相應(yīng)的導航星域Η2~Η5 和導航星域輔助表Ρ。~Pu再經(jīng)討一系列計筧步驟得找到4顆導航星分別為：
[0074]
[0075]
[0076] 找到4顆導航星1、2、3、4,即為完成了星圖識別。
[0077] 2)跟蹤模式下的4主星星圖識別
[0078] 利用識別出的4顆主星作為初始信息進行有初指向的局部星圖識別，計算星敏感 器的姿態(tài)并獲取運動角速度，結(jié)合前面兩步得到的先驗信息，預測下一采樣時刻的姿態(tài)和 星點位置，進入快速預測跟蹤模式識別，快速識別出下一采樣時刻的4顆在星敏感器坐標 系統(tǒng)中的方向矢量Wl的星點所對應(yīng)導航星表中的導航星Sl在天球坐標系中的方向矢量Vl， 實現(xiàn)更好的實時性；
[0079] 星敏感器工作時，經(jīng)過全天星圖識別獲得初始姿態(tài)后，就進入了跟蹤模式.星敏 感器的大部分工作時間處于跟蹤模式，跟蹤過程速度的提高，對星敏感器整體性能的影響 將非常明顯。在通過k矢量和導航星域相結(jié)合的快速自主星圖識別方法識別出4個主星 后，利用該初始信息進行有初指向的局部星圖識別，計算姿態(tài)并獲取運動角速度，結(jié)合該先 驗信息，預測下一采樣時刻的姿態(tài)和星點位置，進入快速預測跟蹤模式識別，實現(xiàn)更好的實 時性。
[0080] (4)基于單幀星圖數(shù)據(jù)的星敏感器在軌精度計算。
[0081] 根據(jù)如圖2所示的星敏感器成像模型，其中的^為星敏感器的圖像傳感器獲取的 星點在星敏感器坐標系統(tǒng)中的方向矢量， Vl為獲取的星點所對應(yīng)導航星表中的導航星在天 球坐標系中的方向矢量，Xs、Ys、Zs、星敏感器坐標系統(tǒng)中的3個坐標軸，0為坐標原點，f為 星敏感器的焦距，L為星敏感器探測器的感光區(qū)域長度。
[0082]星敏感器主光軸在傳感器上的位置為（X。，y。)，導航星81對應(yīng)的星象點在星敏感 器的探測器上的位置坐標為（Xl，yi)，星敏感器的焦距為f，可以得到成像星點在星敏感器 坐標系的方向矢量K的表達式為：
[0083]
[0084] 導航星Sl對應(yīng)的天球坐標系下的方向矢量為vi。在理想情況下，Wl、姿態(tài)矩陣A 以及v;滿足關(guān)系：w ;= Αν;
[0085] 當觀測星多于兩顆時，通過QUEST及相關(guān)算法對星敏感器姿態(tài)矩陣A進行求解，使 得目標函數(shù)KAq)達到最小值，從而獲得最優(yōu)姿態(tài)矩陣Aq，J(Aq)為：
[0086]
[0087] 其中α;表示加權(quán)系數(shù)，滿月
[0088] 這樣，通過計算即可獲得星敏感器在慣性空間中的最優(yōu)姿態(tài)矩陣Aq。
[0089] 根據(jù)姿態(tài)矩陣A和識別出來的η顆導航星，反算出每顆導航星在圖像傳感器上的 理論位置（xit,yit)，即通過計算六力得到（Xit,yit):
[0090]
[0091] 公式中的f為星敏感器的焦距。
[0092] 通過計算理論星點位置（xlt，ylt)與實際測量的星點位置（Xl，yi)之間的誤差，取 其平均值，并轉(zhuǎn)換為等效的角度值，以其表示星敏感器的在軌指向精度。
[0093] 對上述公式進一步推演，可將在軌指向精度計算公式最終簡化為：
[0094]
[0095] 其中Λ為提取星點實際位置與星點計算理論值之間的誤差，f為星敏感器焦距，N 為識別出的星數(shù)。
[0096] (5)基于星圖的在軌視場角分析
[0097]當星敏感器的探測器確定以后，星敏感器的視場和焦距是一對相互制約的關(guān)系 量，其關(guān)系為：
[0098]
[0099] 其中：f，ΘFW分別為星敏感器的焦距和視場，L為探測器的感光區(qū)域長度。
[0100] 根據(jù)星圖識別結(jié)果，可以對衛(wèi)星在軌環(huán)境下的視場角指標進行驗證。驗證方法主 要根據(jù)星敏感器成像平面上星點的位置關(guān)系與焦距關(guān)系得到。
[0101] 通過本發(fā)明提供的星圖識別處理方法獲取星敏感器成像平面上星點的位置關(guān)系， 選取距離主點較遠的星點，計算得到感光區(qū)域長度，再代入作為已知量的焦距參數(shù)，即可確 定星敏感器的在軌視場。視場角計算公式：
[0102]
[0103] (6)在軌指向精度計算結(jié)果的一致性驗證。
[0104] 將星敏感器通過三角架等固定在地球上并正對天頂，星敏感器即可隨著地球的運 動輸出相應(yīng)的姿態(tài)和圖像信息。星敏感器的精度測量問題就轉(zhuǎn)換為星敏感器的測量結(jié)果與 地球的轉(zhuǎn)動進行精確比對的問題。
[0105] 通過基于逆地球運動變換的星敏感器精度測量方法，實現(xiàn)對基于單幀星圖數(shù)據(jù)的 星敏感器在軌指向精度計算結(jié)果的一致性驗證。該方法主要實施步驟為：
[0106] 1)選定同樣的星敏感器，將其固定在地球上。根據(jù)星敏感器中的導航星 在J2000.0坐標系下的赤經(jīng)和赤煒（α,δ)以及在赤經(jīng)和赤煒方向上的視運動參數(shù) (α'，δ'）確定基準時刻Τ時刻導航星的方向矢量vees;2_。
[0107] 2)將方向矢量vccs;2。。。繞J2000. 0坐標系X軸逆時針方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為歷元黃道坐 標系下的方向矢量（Vm)，再繞歷元黃道坐標的Z軸順時針方向轉(zhuǎn)動，接著繞X軸順時針方 向轉(zhuǎn)動，得到導航星在基準時刻T時刻在已經(jīng)消除歲差影響的天球坐標系下的方向矢量。
[0108] 3)將消除了歲差影響的方向矢量繼續(xù)繞X軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)εA，接著繞Z軸順 時針方向旋轉(zhuǎn)ΑΦ，再接著繞X軸順時針方向旋轉(zhuǎn)εΑ+ΑΦ，獲得T時刻消除章動影響的 天球坐標系下的方向矢量（vCCST)。
[0109] 4)基于地固坐標系下的方向矢量（vTCS)獲得星敏感器的地面精度，實現(xiàn)對在軌測 量精度的驗證。
[0110] a)將導航星矢量繞天球坐標系的Z軸以角速率Ω逆時針旋轉(zhuǎn)到Τ+Δ^時刻地固 坐標系下的方向矢量（vTCS)。
[0111] b)根據(jù)地固坐標系下的方向矢量（vTCS)通過QUEST方法使目標函數(shù)KAqCT+Ah)) 達到最小值而得到星敏感器的最優(yōu)姿態(tài)矩陣（Aq (T+ △ )。
[0112] c)根據(jù)星敏感器最優(yōu)姿態(tài)矩陣AqCT+Ati)計算實際拍攝時刻（T+AtJ的星敏感 器三軸矢量ρ(τ+ △ ^)，進而得到指向精度和滾轉(zhuǎn)精度。據(jù)此結(jié)果可對在軌測量結(jié)果進行一 致性檢驗，實現(xiàn)對本發(fā)明在軌測量方法的驗證。
[0113] 實施例
[0114] 以如圖3所示的某航天器的2014年3月18日星敏感器星圖為例，經(jīng)過星圖處理、 星點提取、星圖識別，提取識別到的視場內(nèi)14顆星，提取星點位置與星點計算理論值之間 的誤差不差過〇. 24個像素。應(yīng)用本發(fā)明方法解算得到位置誤差，對其位置誤差結(jié)果可以轉(zhuǎn) 換為角度誤差，即在軌指向精度：
[0115]
[0116] 再應(yīng)用本發(fā)明提出的基于逆地球運動變換的星敏感器精度測量方法，在星敏感器 發(fā)射入軌前，以地球作為測量轉(zhuǎn)臺時，將星敏感器安裝在支架上，直接對天頂恒星進行測 量。計算星敏感器的精度參數(shù)，如圖4所示。經(jīng)測量統(tǒng)計，星敏感器的指向精度測量誤差 4. 15" (3 〇 )，滾轉(zhuǎn)軸精度誤差為30" (3 〇 )，與基于單幀星圖的在軌指向精度測量結(jié)果基 本一致。
[0117] 本發(fā)明說